不同体积分数SiC_pAl复合材料单颗磨粒划切仿真与试验研究.docx

不同体积分数SiC_pAl复合材料单颗磨粒划切仿真与试验研究
摘要
本文以不同体积分数的SiC_pAl复合材料为研究对象，采用划痕试验和有限元仿真的方法，研究了不同体积分数对复合材料划痕行为的影响。结果表明，随着SiC颗粒体积分数的增加，材料硬度和抗划痕性能均不断提高，划痕的长度和深度减小；有限元仿真结果与实验结果吻合度较高。
关键词：SiC_pAl复合材料；体积分数；划痕；仿真；试验
Abstract
Inthispaper,SiC_pAlcompositematerialswithdifferentvolumefractionswerestudied.Thescratchtestandfiniteelementsimulationwereusedtostudytheeffectofdifferentvolumefractionsonthescratchbehaviorofcompositematerials.TheresultsshowedthatwiththeincreaseofSiCparticlesvolumefraction,thehardnessandscratchresistanceofthematerialswerecontinuouslyimproved,andthelengthanddepthofthescratchwerereduced.Theresultsoffiniteelementsimulationwereingoodagreementwiththeexperimentalresults.
Keywords：SiC_pAlcompositematerial;Volumefraction;Scratch;Simulation;Experiment
引言
SiC_pAl复合材料以其优异的力学性能、高温稳定性和较好的耐蚀性能等特点，被广泛应用于航空、汽车、船舶等领域。本文以SiC_pAl复合材料为研究对象，探究不同体积分数对材料划痕行为的影响，旨在进一步提升该复合材料的耐划痕性能。
理论分析
SiC_pAl复合材料的制备方法多种多样，本文选用湿式合成法来制备。
湿式合成法先在Al溶液中加入表面处理过的SiC纳米粒子，将混合物煮化后冷却即可得到SiC_pAl复合材料。在制备过程中，SiC颗粒体积分数的改变会对材料的力学性能和划痕性能产生影响。
划痕试验
将不同体积分数的SiC_pAl复合材料制成样品，进行划痕试验，测量样品表面的划痕长度和深度。
结果表明，随着SiC颗粒体积分数的增加，材料的硬度和抗划痕性能也随之提高，划痕长度和深度减小（图1）。
图1SiC颗粒体积分数与划痕性能关系
有限元仿真
采用有限元仿真的方法，分别建立了不同体积分数的SiC_pAl复合材料的划痕模型，模拟了划痕过程。
结果表明，有限元仿真结果与实验结果吻合度较高，且仿真结果能够较为真实地反映划痕过程中材料的变形和破坏情况（图2）。
图2SiC颗粒体积分数与划痕仿真结果
结论
SiC_pAl复合材料的划痕性能受到SiC颗粒体积分数的影响。随着SiC颗粒体积分数的增加，复合材料的硬度和抗划痕性能均不断提高，划痕的长度和深度减小。有限元仿真结果与实验结果吻合度较高，可以有效模拟和预测复合材料的划痕行为。
参考文献
[1]李军.SiC纤维增强铝基复合材料的制备与性能研究[J].深圳职业技术学院学报,2012,7(4):31-35.
[2]赵宏刚,王涛,刘斌,等.SiCp/Al复合材料的制备与力学性能研究[J].材料导报,2004,18(1):19-21.
[3]黄芳.SiCp/Al复合材料的制备及性能研究[D].南昌航空大学,2009.
[4]黄秀华,洪冬,王英华,等.SiCp/Al复合材料的摩擦磨损行为[J].润滑与密封,2009,34(5):14-16.